Livsrekonstruktion av Qianodus duplicis. Kredit:Zhang Heming
Ett internationellt team av forskare har upptäckt 439 miljoner år gamla rester av en tandfisk som tyder på att förfäderna till moderna osteichthyans (rock- och lobfenade fiskar) och chondrichthyans (hajar och rockor) har sitt ursprung mycket tidigare än man tidigare trott.
Relaterade fynd publicerades i Nature den 28 september.
En avlägsen plats i Guizhou-provinsen i södra Kina, som innehåller sekvenser av sedimentära lager från den avlägsna silurperioden (för cirka 445 till 420 miljoner år sedan), har producerat spektakulära fossilfynd, inklusive isolerade tänder som identifierats som tillhörande en ny art (Qianodus duplicis) av primitiva käkade ryggradsdjur. Uppkallad efter det gamla namnet för dagens Guizhou, hade Qianodus speciella spiralliknande tandelement som bär flera generationer av tänder som lades till under hela djurets liv.
Tandspiralerna (eller virvlarna) av Qianodus visade sig vara ett av de minst vanliga fossilerna som återfanns från platsen. De är små grundämnen som sällan når 2,5 mm och som sådana måste studeras under förstoring med synligt ljus och röntgenstrålning.
Ett iögonfallande särdrag hos virvlarna är att de innehöll ett par tandrader satta i ett upphöjt medialt område av virvelbasen. Dessa så kallade primära tänder visar en stegvis ökning i storlek mot den inre (linguala) delen av virveln. Det som gör Qianodus virvlar ovanliga i jämförelse med andra ryggradsdjur är den tydliga förskjutningen mellan de två primära tandraderna. Ett liknande arrangemang av närliggande tandrader ses också i tanden hos vissa moderna hajar men har inte tidigare identifierats i tandvirvlarna hos fossila arter.
Upptäckten indikerar att de välkända grupperna med käkade ryggradsdjur från den så kallade "fiskarnas ålder" (420 till 460 miljoner år sedan) redan etablerades cirka 20 miljoner år tidigare.
"Qianodus ger oss de första påtagliga bevisen för tänder, och i förlängningen käkar, från denna kritiska tidiga period av ryggradsdjurs evolution", säger Li Qiang från Qujing Normal University.
Till skillnad från de ständigt fällande tänderna hos moderna hajar, tror forskarna att Qianodus tandvirvlar hölls i munnen och ökade i storlek när djuret växte. Denna tolkning förklarar den gradvisa förstoringen av ersättningständer och breddningen av virvelbasen som ett svar på den kontinuerliga ökningen av käkstorleken under utvecklingen.
Volumetrisk rekonstruktion av en tandvirvel sett från dess linguala sida (holotyp av Qianodus duplicis). Exemplaret är drygt 2 mm långt. Kredit:Zhu, et al.
För forskarna var nyckeln till att rekonstruera tillväxten av virvlarna två exemplar i ett tidigt skede av bildningen, lätt att identifiera genom deras märkbart mindre storlekar och färre tänder. En jämförelse med de mer talrika mogna virvlarna gav paleontologerna en sällsynt insikt i utvecklingsmekaniken hos tidiga tandtänder hos ryggradsdjur. Dessa observationer tyder på att primärtänderna var de första som bildades medan tillägget av de laterala (tillbehörs) virveltänderna skedde senare i utvecklingen.
"Despite their peculiarities, tooth whorls have, in fact, been reported in many extinct chondrichthyan and osteichthyan lineages," said Plamen Andreev, the lead author of the study. "Some of the early chondrichthyans even built their dentition entirely from closely spaced whorls."
The researchers claim that this was also the case for Qianodus. They made this conclusion after examining the small (1–2 mm long) whorls of the new species with synchrotron radiation—a CT scanning process that uses high energy X-rays from a particle accelerator.
"We were astonished to discover that the tooth rows of the whorls have a clear left or right offset, which indicates positions on opposing jaw rami," said Prof. Zhu Min from the Institute of Vertebrate Paleontology and Paleoanthropology of the Chinese Academy of Sciences.
Virtual section along the length of a tooth whorl in side view (holotype of Qianodus duplicis). The specimen is just over 2 mm in length. Credit:Zhu, et al.
These observations are supported by a phylogenetic tree that identifies Qianodus as a close relative to extinct chondrichthyan groups with whorl-based dentitions.
"Our revised timeline for the origin of the major groups of jawed vertebrates agrees with the view that their initial diversification occurred in the early Silurian," said Prof. Zhu.
The discovery of Qianodus provides tangible proof for the existence of toothed vertebrates and shark-like dentition patterning tens of millions of years earlier than previously thought. The phylogenetic analysis presented in the study identifies Qianodus as a primitive chondrichthyan, implying that jawed fish were already quite diverse in the Lower Silurian and appeared shortly after the evolution of skeletal mineralization in ancestral lineages of jawless vertebrates.
"This puts into question the current evolutionary models for the emergence of key vertebrate innovations such as teeth, jaws, and paired appendages," said Ivan Sansom, a co-author of the study from the University of Birmingham. + Utforska vidare
